电冰箱保护电路

一、摘要当今社会，电子产品越来越多，已经成为我们生活中不可分割的一部分。

现在科学家对电子产品的研究不仅仅是推起出新，对于以前的产品，科学家也是加以改良，让其在原来功能的基础上又新的功能，更加环保，节能，智能，电冰箱就是其中的一种。

作为80年代“三大件”之一的电冰箱在新的时代更加受到大家的喜爱，家家都有电冰箱，所以怎么更加节能，怎么样保护冰箱让其寿命更长成为一个发展的方向。

本次设计主在对电冰箱过压，欠压保护以及延时保护方面，对这方面的电路进行设计研究。

这种电路的优点是，能够让冰箱在其标准电压之内工作，保护冰箱，并有断电延时，让其更加平稳运行，一定程度上可以延长电冰箱的使用年限。

二、设计目的1.掌握电压比较电路的设计方法；2.掌握延时电路的设计方法；3.增强自己焊接电路的能力；4.增强分析电路，改正电路的能力；5.增强团队合作意识。

三、设计任务和性能指标3.1设计任务设计一个电冰箱过压、欠压、延时供电电路，可以通过电位模拟器调节过压和欠压，并使用发光二极管指示过压、欠压报警状态，使用发光二极管摸你只是冰箱通电工作状态。

冰箱上电时有延时通电要求，保护后恢复供电也要延时送电，延时时间是10秒左右。

3.2 性能指标1.电压高于9V时，过压指示灯（绿灯）亮，表示电冰箱过压，不工作。

2.电压低于3V时，欠压指示灯（红灯）亮，表示电冰箱欠压，不工作。

3.电压在3V-9V时，正常指示灯（黄灯）亮，表示电冰箱正常工作。

4.电压在正常值临近点处有延时，即冰箱正常工作时有延时保护装置，时间大概是10秒。

四、设计方案4.1 系统设计方案本系统主要有以下几个模块组成：过压判断模块、欠压判断模块、与模块、延时模块。

各个模块的具体功能如下：过压判断模块：用集成芯片LM339比较器，比较输入电压和上限值9V，如果大于9V ，输出低电平，绿灯亮。

欠压判断模块：用集成芯片LM339比较器，比较输入电压和下限值3V，如果小于3V ，输出低电平，红灯亮。

与模块：用两个二极管并联，让其前两个模块都输出高电平的的时候，输出高电平，当有一个输出低电平时，也是输出低电平，冰箱不工作。

延时模块：利用三极管，电容，电阻，二极管，555定时器构成，当输入为高电平时，延时10秒，输出高电平，使冰箱工作，黄灯亮。

设计系统框图（图4.1）4.2 核心器件简介本实验用的核心器件是：LM339，LM555定时器，1N40074.2.1 LM339简介LM339电压比较器芯片内部装有四个独立的电压比较器，是很常见的集成电路。

利用lm339可以方便的组成各种电压比较器电路和振荡器电路。

LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mV；2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很大，为0~（Ucc-1.5V）Vo；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵活方便地选用。

LM339类似于增益不可调的运算放大器。

每个比较器有两个输入端和一个输出端。

两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。

用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。

当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。

当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。

两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。

LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。

选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。

因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。

另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。

LM339引脚图（图4.2.1）4.2.2 1N4007简介1N4007是一种常用的整流二极管，常用于桥式整流电路。

基本参数：1．较强的正向浪涌承受能力：30A2．最大正向平均整流电流：1.0A3．极限参数为VRM≥50V4．最高反向耐压：1000V4．低的反向漏电流：5uA（最大值）5．正向压降：1.0V6．最大反向峰值电流：30uA7．典型热阻：65℃/W8．典型结电容：15pF9.工作温度：－50℃～+150℃1N4007（图4.2.2）4.2.3 LM555简介555定时器是一种多用途的数字——模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。

由于使用灵活、方便，所以555定时器在波形的产生与交换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了广泛应用。

自从Signetics公司于1972年推出这种产品以后，国际上个主要的电子器件公司也都相继的生产了各自的555定时器产品。

尽管产品型号繁多，但是所有双极型产品型号最后的3位数码都是555，所有CMOS产品型号最后的4位数码都是7555.而且，它们的功能和外部引脚排列完全相同。

原理：555 定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC 若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。

如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。

LM555引脚图（图4.2.3）引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。

一般用5V。

3脚：输出端Vo2脚：低触发端6脚：TH高触发端4脚：是直接清零端。

当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH 处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：VC为控制电压端。

若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

4.3 电路设计4.3.1 过压电路过压电路图（图4.3.1）4.3.2 欠压电路欠压电路图（图4.3.2）R9和R10将12V电压分割，比较器5脚的电压为12-[3.9/（3.9+12）]×12≈9V，4脚的电平和9V比较。

V->9V, 2脚输出低电平，灯亮；V-<9V, 2脚输出高电平，灯不亮。

R7和R8将12V电压分割，比较器6脚的电压为12-[12/（3.9+12）]×12≈3V，7脚的电平和3V比较。

V+>3V, 1脚输出高电平，灯不亮；V+<3V, 1脚输出低电平，灯亮。

Ui4.3.3 与电路与电路图（图4.3.3）4.3.4 延时电路延时供电电路图（图4.3.4）ABCA B C 低 低 低 低 高 低 高 低 低 高高 高CC 脚 为高电平时，Q1导通，R3短路，C1两端电压为0，555定时器的6和2号管脚为高电平，启动清零的功能，导通截至。

然后C1开始充电，6、2端的电压从12V 下降，经过10S 左右，下降到4V （1/3×12）时，2脚起作用，即清零段1、高出发端0、低触发端0，输出为1，导通截至，输出置1，电冰箱工作，黄灯亮。

4.3.5 总电路：设计电路图（图4.3.5）五、参数计算1. LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K ）。

选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。

因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。

另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。

本设计选取的上拉电阻是10K Ω。

2．Q1导通时，U be =0.7V ，U B =12-0.7=11.3V ，U C =11.3+0.7=12V 。

3. 延时时间由C1和R3决定，≈1.1×C1×R3=10s，其中C1=220μF，R3=101.1×220×10−6≈41.32KΩ我们取47kΩ的电阻。

4. 5脚为控制电压端。

若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，我们串入10nF 电容接地，以防引入干扰。

六、设计心得经过两周的努力，电冰箱的欠压，过压，延时电路终于设计完成了。

由于电路图老师已经给出，总体还算顺利，按照电路图，排布原件，焊线，电路焊接顺利，但是刚开始测试的时候不能像要求的那样亮灯，但是后来发现是器件坏了，中途换了器件后，成功运行，让自己有一点成就感。

这次课程设计不仅让我了解了做电冰箱保护电路系统的各项工作流程，让我在这个过程中学到了很多过去不知道的东西以及课本上不能讲述的东西。

课本上的东西是有限的，而且都是理论，和真正的实践真的不一样。

这次设计，感觉实践占的比重更大点，B C E理论上的东西还是少。

大学马上就度过1/2了，真正动手的东西还是太少。

实践很重要，它是提高自己的有效平台。

自己有以下几点心得：1.电路知识很大部分有遗忘，需要平时多翻翻课本，巩固最基本的电路知识。

2.自己的态度需要更加端正。

做一件事需要有坚持不懈，持之以恒的品质，意志。

刚开始没有真正抽出时间做这件事，最后赶着做完，这是需要改正的。

3.学习能力不足。

因为涉及到LM113和LM555两个不太熟悉的器件，需要看他们的原理，引脚图，内部元件分布，其间理解能力慢，耗费时间多。

但是经过自己的研究，对这种器件有了更加深入的了解。

4.整体意识不足。

焊接电路时不能做到把握全局，经过几番更改，才把器件放到应该的位置，然后焊接。

以后需要改正。

七、设计结果延时时间：10S 正常欠压过压附录：实物图：正面图反面图。